Fas- och sammansättningskontrollerad syntes av ihåliga nanosfärer av kobaltsulfid för elektrokatalytisk vattendelning – Nanoscale (RSC Publishing)

Att utveckla billiga, högeffektiva och stabila elektrokatalysatorer för både syre- och väteutvecklingsreaktioner (OER och HER) är ytterst viktigt för att kunna genomföra vattendelningsteknik i stor skala. Här rapporterar vi den fas- och sammansättningskontrollerade syntesen av kobaltsulfid (CoSx) ihåliga nanosfärer (HNS) och deras katalytiska effektivitet för vätgas- och syreutvecklingsreaktioner i alkaliska medier. Tre CoSx-föreningar, dvs. Co9S8, Co3S4 och CoS2 HNS, syntetiserades exakt genom att helt enkelt justera det molära förhållandet mellan koldisulfid och kobaltacetat med hjälp av en enkel lösningsbaserad strategi. Elektrokemiska resultat avslöjar att de sålunda framställda CoS2 HNS:erna uppvisar överlägsen OER- och HER-katalytisk prestanda jämfört med Co9S8- och Co3S4 HNS:erna i 1,0 M KOH, med överpotentialer på 290 mV för OER och 193 mV för HER vid 10 mA cm-2, och motsvarande Tafel-utslag på 57 respektive 100 mV dec-1 . Dessutom uppvisar CoS2 HNS en anmärkningsvärd långsiktig katalytisk hållbarhet, som till och med är överlägsen ädelmetallkatalysatorer av RuO2 och Pt/C. Dessutom kan en alkalisk elektrolysator som monterats med hjälp av CoS2 HNSs som både anod- och katodmaterial uppnå 10 mA cm-2 vid en låg cellspänning på 1,54 V vid 60 °C med en faradaisk effektivitet på 100 % för total vattenspjälkning. Ytterligare analyser visar att ytmorfologin, den kristallografiska strukturen och koordineringsmiljön för Con+ aktiva platser i kombination bestämmer HER/OER-aktiviteterna i den syntetiserade binära CoSx-serien, vilket skulle ge insikt i den rationella utformningen av övergångsmetallkalcogenider för högeffektiv vätgas- och syreinvolverad elektrokatalys.